Номер 4, страница 124, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Магнитное поле. Параграф 76. Применение магнитных полей в технике - номер 4, страница 124.

Условие.

4. Известна ли вам какая-либо информация о практическом создании прототипа термоядерной установки (термоядерного реактора) на основе токамака?

Решение.

Да, безусловно. Информация о практическом создании прототипов термоядерных установок (реакторов) на основе токамака не только известна, но и является одной из самых активно развивающихся областей современной физики и инженерии. Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) — это установка, в которой высокотемпературная плазма удерживается в вакуумной камере тороидальной (в форме бублика) формы с помощью сильного магнитного поля. Цель — создать условия для протекания управляемой реакции термоядерного синтеза, подобной той, что происходит в звездах.

Наиболее известная реакция, которую планируется использовать, — это слияние ядер изотопов водорода, дейтерия (D) и трития (T):

$D + T \rightarrow ^4He + n + 17.6 \text{ МэВ}$

На сегодняшний день в мире существует несколько действующих экспериментальных установок-прототипов, и строится крупнейший в истории термоядерный реактор.

Ключевые практические проекты и прототипы:

• ITER (ИТЭР, International Thermonuclear Experimental Reactor). Это самый масштабный и известный проект в этой области. Строительство ведется на юге Франции совместными усилиями многих стран, включая Европейский Союз, Россию, США, Китай, Индию, Японию и Южную Корею. ИТЭР не является электростанцией, его основная задача — продемонстрировать научную и технологическую возможность получения термоядерной энергии в промышленных масштабах. Ожидается, что ИТЭР будет производить в 10 раз больше энергии, чем затрачивается на нагрев плазмы. Этот показатель называется коэффициентом усиления мощности $\text{Q}$. Для ИТЭР планируется достичь $Q \geq 10$, то есть получить 500 МВт тепловой мощности при затратах на нагрев в 50 МВт.
• JET (Joint European Torus). Расположенный в Великобритании, этот токамак был крупнейшим в мире до начала строительства ИТЭР и успешно проработал до конца 2023 года. JET стал важнейшей площадкой для отработки технологий, которые будут применяться в ИТЭР. В 1997 году на нем был установлен мировой рекорд по мощности термоядерного синтеза (16 МВт), а в экспериментах 2021 года был установлен новый рекорд по количеству произведенной термоядерной энергии (59 мегаджоулей за 5 секунд). Коэффициент усиления мощности на JET достигал значения $Q \approx 0.67$.
• EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak). Китайский сверхпроводящий токамак, который известен своими рекордами по длительности удержания высокотемпературной плазмы. В 2021 году он смог удерживать плазму с температурой 120 миллионов градусов Цельсия в течение 101 секунды, а в другом режиме — плазму в течение 1056 секунд (более 17 минут), что является критически важным шагом на пути к созданию непрерывно работающего реактора.
• KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research). Южнокорейский сверхпроводящий токамак, также демонстрирующий впечатляющие результаты. В 2020 году он удерживал плазму с температурой ионов свыше 100 миллионов градусов Цельсия в течение 20 секунд.
• JT-60SA. Крупнейший на сегодняшний день действующий сверхпроводящий токамак, совместный проект Японии и Евросоюза, запущенный в конце 2023 года. Его задача — поддержка проекта ИТЭР и исследование физики плазмы в режимах, близких к тем, что будут в будущих термоядерных электростанциях.

Таким образом, практическое создание прототипов термоядерных реакторов на основе токамака — это реальность. Существующие установки уже доказали работоспособность концепции, а строящийся гигант ИТЭР должен стать последним экспериментальным шагом перед проектированием и строительством первых демонстрационных термоядерных электростанций (проекты класса DEMO).

Ответ: Да, такая информация известна. В мире активно ведется работа по созданию и эксплуатации прототипов термоядерных реакторов на основе токамака. Ключевыми примерами являются международный проект строящегося реактора ITER во Франции, успешно завершивший свою работу европейский токамак JET в Великобритании, а также национальные сверхпроводящие токамаки EAST в Китае и KSTAR в Южной Корее. Эти проекты уже продемонстрировали возможность достижения необходимых для синтеза температур и удержания плазмы, а ИТЭР ставит целью показать возможность получения энергии со значительным превышением затрат на нагрев.